Naukowcy Uniwersytetu Jagiellońskiego prowadzą zaawansowane badania z wykorzystaniem promieniowania neutronowego, które pomogą w walce z zagrożeniami środowiskowymi, mogą też znaleźć zastosowanie w medycynie, rozwijając nowoczesne terapie nowotworów.
Badania przy wykorzystaniu linii badawczej Vesuvio prowadzą dr Michał Silarski i dr Katarzyna Dziedzic-Kocurek z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ, we współpracy z brytyjskim instytutem badawczym ISIS Neutron and Muon Source oraz Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN. Efekty ich pracy mają doprowadzić do stworzenia innowacyjnych metod wykorzystujących termiczne neutrony, które posłużą do wykrywania toksycznych materiałów z czasów obu wojen światowych zalegających na dnie Bałtyku oraz monitorowania eksperymentów, które mogą znacząco zwiększyć skuteczność terapii nowotworowych.
Niebezpieczne odpady
Jak podaje UJ, prawie 100 lat po zakończeniu I i II wojny światowej pozostałości niebezpiecznych materiałów wciąż stanowią zagrożenie dla europejskich wybrzeży. Setki tysięcy ton amunicji, gazów bojowych i materiałów wybuchowych zostało wrzuconych do mórz, takich jak Bałtyk, Morze Śródziemne czy kanał La Manche, aby pozbyć się śmiercionośnych chemikaliów. Te zalegające na dnie morskie odpady mogą trafiać na europejskie wybrzeża, gdzie stanowią realne zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi, w tym również dzieci, które mogą przypadkowo natrafić na niebezpieczne znaleziska.
Zespół naukowców opracowuje przenośny sensor, który mógłby pomóc w identyfikacji takich substancji na wybrzeżach i w portach. Sensor ten wykorzystuje neutrony, które wchodząc w interakcję z badanymi obiektami, wywołują emisję charakterystycznego promieniowania gamma. Zarejestrowane częstotliwości tego promieniowania działają jak „odcisk palca” substancji, umożliwiając identyfikację jej składu chemicznego. Dzięki nowoczesnym możliwościom linii Vesuvio, będącej jedną ze stacji badawczych ośrodka ISIS, która rejestruje zarówno promieniowanie gamma, jak i rozpraszanie neutronów, zespół może precyzyjnie zbadać struktury cząsteczkowe toksycznych materiałów i potencjalnie opracować technologie rozpoznawania niebezpiecznych substancji z wykorzystaniem transmisji oraz nieelastycznego rozpraszania termicznych neutronów.
Terapie nowotworowe nowej generacji
Wykorzystanie neutronów nie ogranicza się jednak wyłącznie do walki z zagrożeniami środowiskowymi. Drugą sferą badań, którą prowadzi zespół z UJ, jest rozwój terapii borowo-neutronowej (BNCT – Boron Neutron Capture Therapy). To przełomowa technika leczenia nowotworów, polegająca na selektywnym niszczeniu komórek rakowych wzbogaconych o bor za pomocą niskoenergetycznych neutronów. Po podaniu boru pacjentowi, obszar objęty chorobą poddaje się napromieniowaniu, co powoduje zniszczenie wyłącznie komórek zawierających bor. Metoda BNCT jest już stosowana w Japonii, a jej pierwsze sukcesy odnotowano również we Włoszech i Finlandii. Co ważne, w przeciwieństwie do wielu innych metod, dotychczasowe badania wskazują, że BNCT nie powoduje reakcji autoimmunologicznych, co dodatkowo zwiększa jej bezpieczeństwo i potencjalne zastosowanie.
Dążąc do dalszego rozwoju tej technologii, zespół udał się do ISIS, by przetestować nową metodę określania zawartości boru w komórkach, którą będzie można stosować podczas eksperymentów przedklinicznych prowadzonych w ramach rozwoju BNCT. Dzięki temu badacze będą mogli precyzyjnie określać dawki nowych nośników boru dla BNCT i innych aspektów terapii, tak aby zwiększyć jej skuteczność i bezpieczeństwo.
Przyszłość badań na UJ
Przeprowadzone za pomocą Vesuvio badania miały też aspekt dydaktyczny, studenci Wydziału oraz Wydziału Chemii mieli bowiem okazję zdobyć wiedzę na temat technik badania materiałów z wykorzystaniem neutronów termicznych.
Jak podkreśla krakowska uczelnia, dzięki prowadzeniu dwóch tak kluczowych projektów w jednym ośrodku badawczym, naukowcy UJ mają wyjątkową szansę na zdobycie doświadczenia i wiedzy niezbędnej do dalszego rozwoju technologii neutronowych. Obecnie zespół stara się o własne, mniejsze źródło neutronów, które pozwoli na prowadzenie badań w kraju w powstającym na WFAIS Laboratorium Neutronowej Analizy Aktywacyjnej, co umożliwi kontynuację przeprowadzonych eksperymentów i pozwoli na systematyczny rozwój tych kluczowych technologii.
O badaniach można przeczytać na stronach ISIS, gdzie zostały one wyróżnione w zakładce Research Highlights: ISIS War Leftovers and Cancer Therapies Meet Neutron Techniques. W ostatnim czasie pojawiła się też notatka podsumowująca pierwszy etap badań opublikowany w czasopiśmie Scientific Reports: SH24 Underwater Hazards. Pełną treść artykułu można znaleźć pod linkiem: Nature.